2019년 1월 7일

에너지의 근원

열역학 제 2법칙(II Law of Thermodynamics)에 의하면

닫힌계에서 엔트로피는 증가한다.

이 때 엔트로피는 degree of disorder, 즉 무질서도를 의미한다.

물이 담긴 컵에 잉크를 떨어뜨리면 잉크가 퍼진다. 즉, 무질서도가 증가하는 방향으로 동작한다.
역으로 잉크가 섞인 물이 가민히 두었는데 잉크가 물과 분리가 되는 일은 발생하지 않는다는 것이다.

가지런히 정리해 놓은 아이들의 놀이방에 애들이 들어가서 놀기 시작하면 순식간에 엔트로피가 증가하는 방향으로 움직인다.
이게 엄마의 잔소리나 엄마 찬스라는 에너지가 가해지지 않는한 엔트로피가 줄어드는 방향으로 움직이지 않는다는 말이다.

비는 하늘에서 땅 아래로 내리고 시내가 되고, 강이되어 바다로 흘러 들어간다.
그러나, 바다로 흘러들어간 물이 강으로 올라오고, 시내로 거꾸로 흘러서, 비가 되어 하늘로 다시 올라가지 않는다.

따뜻한 차잔의 차도 조금만 두면 어느새 식고, 뜨거운 여름날의 시원한 얼음물도 금새 미지근해진다.

엄청난 에너지의 태풍도 없어진다.

지구가 만약 닫힌계라면 어떠했을까?

엔트로피 증가 법칙에 의해서 하늘에서 내린 비는 더이상 다시 하늘로 다시 올라가지 않을 것이다.
한번 일어난 태풍은 에너지를 모두 소진하고 난 다음에는 더이상 만들어지지 않을 것이다.
땅의 식물들은 죽고 없어진 후에 다시 생식하지 못할 것이고,
지구는 그야말로 돌이킬 수 없는 멸망으로 치닿게 될 것이다.

그렇다면
긴 역사 동안 온 우주에 적용되고 있는 열역학 제 2법칙을 받은 지구가 여전히 존재하고 멸망하지 않는 이유는 무엇일까?
지구 외부 혹은 내부에서 끊임없이 에너지원으로부터 새로운 에너지가 전달 된다는 말이다.

그 에너지는 어디서 오는 것일까?

물리학자들은 그 에너지, 열역학 제 2법칙을 거슬러서 지구에 끊임없이 가해지는 에너지를 크게 두가지로 정리한다.
첫째는 태양으로부터 광자(photon)를 통해 전달되는 복사 에너지이고, 둘째는 지구 내부의 지열(Geothermal)이라고 정리했다.
이중 지열에 의한 에너지는 태양에서부터 오는 에너지와 비교하면 극히 작아서 사실상 지구의 외부 에너지는 태양으로부터 온다고 해도 무방할 정도라고 한다.

즉, 태양으로부터 오는 에너지는 지구를 끊임없이 다시 엔트로피가 낮아지도록 해준다는 말이다. (Negative-Entropy Energy)
이 에너지로 지구는 다시 따뜻해지고, 바다의 물들은 하늘로 올라가 비를 만들어 낸다.
이 에너지로 식물들은 광합성을 한다.
광합성을 통해서 식물들은 이산화탄소를 분해하여 당으로 재조립한다. 그 과정에서 나오는 산소는 다시 지구에 공급된다.
그리하여 에너지가 높은 유기물들을 만들어내어 동물들에게 제공한다.

고등 동물들은 그 에너지가 높아진 식물들을 식량으로 이용하여 생명을 유지하고, 번식을 한다.
그리고 지구 안에 있는 에너지는 항상성을 유지하므로 태양으로부터 받은 복사 에너지를 지구가 엔트로피 감소에 사용하고 난 다음,
남은 적당량을 우주로 다시 방출한다.

태양의 에너지는 지구의 생명을 유지하게 한다.
지금 현재도 이 균형이 절묘하게 이루어지면서 지구가 이 태양계 내애서 생물이 존재하는 유일한 행성으로 존재하고 있는 것이다.